水下無(wú)線(xiàn)多點(diǎn)通信系統研究
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由于水聲信道的傳輸條件十分惡劣，特別是淺海水聲信道，信道的帶寬有限，取決于距離和頻率，在這種有限的帶寬內，聲信號受強環(huán)境噪聲，時(shí)變多徑的影響，可能會(huì )導致嚴重的碼間干擾(ISI)、大的多普勒頻移擴展及長(cháng)的傳輸時(shí)延。另外，無(wú)線(xiàn)電磁波和光波在水中的衰減非常大，無(wú)法實(shí)現遠程傳輸。所以，在設計水聲傳感網(wǎng)時(shí)可以借鑒無(wú)線(xiàn)電組網(wǎng)技術(shù)，但是還要考慮水聲信道的特點(diǎn)。
1 水下無(wú)線(xiàn)多點(diǎn)通信系統
1．1 系統的總體構架
基于水聲信道的特點(diǎn)，同時(shí)考慮到頻域上相鄰點(diǎn)的間隔必須大于信道的相干帶寬，所以采用FSK調制方式的跳頻通信來(lái)實(shí)現。與陸地上的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )結構一樣，水聲傳感網(wǎng)的拓撲結構可分為兩大類(lèi)：一種是小規模網(wǎng)絡(luò )中采用典型的星型結構；另一種，大規模、多節點(diǎn)、分散密集的環(huán)境中，組建的分布式對等網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。
該設計實(shí)現的是小規模網(wǎng)絡(luò )，采用星型結構，由一臺PC機，一個(gè)主節點(diǎn)、多個(gè)分節點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò )系統。一臺和Internet網(wǎng)絡(luò )連接的PC機是網(wǎng)絡(luò )的監控中心，由主節點(diǎn)來(lái)廣播信息實(shí)現數據傳輸與命令控制，終端設備直接受控于主節點(diǎn)，構建的水下無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )，系統如圖1所示。
1．2 水下無(wú)線(xiàn)多點(diǎn)通信系統的通信協(xié)議
為了水下無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )能穩定、無(wú)誤碼地完成命令發(fā)送和數據傳輸，也需要通信協(xié)議來(lái)保證其可靠性。結合水下無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)的需求，在此分別定義PC機到節點(diǎn)下行的發(fā)送數據通信協(xié)議，節點(diǎn)到PC機的上行接收數據通信協(xié)議兩種不同的通信協(xié)議。
開(kāi)始符 用“％”的ASCII碼表示數據幀頭。
從機編號 用0～99表示命令是要控制第幾個(gè)分節點(diǎn)。0編號作為廣播式設定，即如果是0編號，則水面中繼器向各水聲通信從機群發(fā)送控制信息。
控制命令 設定從節點(diǎn)需要處理的動(dòng)作類(lèi)型編號，控制指令的編號對應水下無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)分節點(diǎn)采取不同的控制操作。
結束符 用“MYM”的ASCII碼表示數據幀尾。
(2)接收數據的通信協(xié)議
開(kāi)始符 采用“％”的ASCII碼表示數據幀頭。
從機編號 當前回送的數據來(lái)自水下無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)的分節點(diǎn)編號。
數據類(lèi)型 表示所傳輸的數據代表的含義。
數據內容 具體監測到的數據。
結束符 采用“MYM”的ASCII碼占表示數據幀尾。
2 通信節點(diǎn)的系統設計
在水下無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )里有兩種設備：主節點(diǎn)和分節點(diǎn)。主節點(diǎn)主要負責各項監測任務(wù)的下達和數據等反饋信息的簡(jiǎn)單聚合與處理，是其余各節點(diǎn)與主控制PC機之間連接溝通的橋梁；分節點(diǎn)主要負責搜集傳感器或者接口設備的測量數據，并直接向主節點(diǎn)反饋?lái)憫盘柣驍祿?。PC機和主節點(diǎn)之間的通信是通過(guò)RS 232實(shí)現的，而主節點(diǎn)和各節點(diǎn)之間的通信是通過(guò)水聲換能器實(shí)現。
2．1 系統硬件結構
系統硬件結構如圖2所示。
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